Drie nieuwe supercomputers staan ​​bovenaan de Green500-lijst

Alleen al in de afgelopen paar jaar is supercomputing versneld het exaschaaltijdperk binnengetreden – met ‘s werelds grootste machines die in staat zijn meer dan een miljard miljard bewerkingen per seconde uit te voeren. Maar tenzij grote efficiëntieverbeteringen kunnen optreden langs de exponentiële groeicurve, zal computergebruik naar verwachting steeds onpraktische en onhoudbare hoeveelheden energie vergen – zelfs, volgens een veel geciteerde studie, zal er in 2040 meer energie nodig zijn dan de totale productie van de wereld vandaag de dag.

Gelukkig verlegt de high-performance computing-gemeenschap nu haar focus niet alleen naar het verbeteren van de prestaties (gemeten in ruwe petaflops of exaflops), maar ook naar grotere efficiëntie, waardoor het aantal bewerkingen per watt toeneemt.

Op de Green500-lijst staan ​​nieuwkomers in de top drie, wat erop wijst dat sommige van ‘s werelds nieuwste krachtige systemen minstens evenzeer efficiëntie als pure energie nastreven.

Laatste ranglijst Top500 supercomputer (lijst van de krachtigste machines ter wereld) en zijn neef Groen500 (in plaats van de meest efficiënte machines ter wereld) kwam vorige week uit. De top 10 van de 500 grootste supercomputers blijft grotendeels ongewijzigd, aangevoerd door de Frontier exascale computer van Oak Ridge National Laboratory. Er was slechts één nieuwe toevoeging aan de top 10, op nummer 6: het Swiss National Supercomputing Center Alpine-systeem. Ondertussen, Argonne Nationaal Laboratorium Aurora verdubbelde zijn omvang, maar behield zijn tweede rang.

Aan de andere kant zag de Green500-lijst nieuwkomers in de top drie staan, wat erop wijst dat sommige van ‘s werelds nieuwste krachtige systemen wellicht evenzeer efficiëntie als pure kracht nastreven.

Hij stond aan het hoofd van de nieuwe Green500-lijst ETEN, het prototypesysteem van het Jülich Supercomputing Center voor de aankomende JUPITER exascale computer. Plaats nr. 2 en nr. 3 behoorde toe aan de Universiteit van Bristol Isambard AItevens de eerste fase van een groter gepland systeem, i Helios-supercomputer van de Poolse organisatie Cyfronet. Op de vierde plaats staat de leider van de vorige lijst Henry van de Simmons Stichting.

Hopper loopt er doorheen

De top drie systemen op de Green500-lijst hebben één ding gemeen: ze zijn allemaal gemaakt Nvidia’s Grace Hopper superchips, een combinatie van Hopper (H100) GPU en Grace CPU. Er zijn twee belangrijke redenen waarom de Grace Hopper-architectuur zo effectief is, zegt Dion Harris, directeur van de versnelde go-to-market-strategie bij Nvidia. De eerste is de Grace CPU, die profiteert van de superieure vermogensprestaties van de ARM-instructiesetarchitectuur. Bovendien, zegt hij, bevat het een geheugenstructuur, de zogenaamde LPDDR5Xdie vaak wordt aangetroffen in mobiele telefoons en is geoptimaliseerd voor energie-efficiëntie.

Nvidia’s GH200 Grace Hopper-superchip, hier ingezet in Jülich’s JEDI-machine, drijft nu drie van ‘s werelds meest efficiënte HPC-systemen aan. Jülich Supercomputing Center

Een ander voordeel van de Grace Hopper is volgens Harris de nieuw ontwikkelde verbinding tussen de Hopper GPU en de Grace CPU. De link maakt gebruik van de nabijheid van de CPU en GPU tot elkaar op één bord en bereikt een bandbreedte van 900 gigabits per seconde, ongeveer 7 keer sneller dan de nieuwste PCIe gen5-verbindingen. Hierdoor heeft de GPU snel toegang tot het geheugen van de CPU, wat vooral belangrijk is voor zeer parallelle toepassingen zoals AI-training of grafische neurale netwerken, zegt Harris.

Alle drie de beste systemen gebruiken Grace Hoppers, maar Jülich’s JEDI leidt nog steeds met een merkbare marge: 72,7 gigaflops per watt, vergeleken met 68,8 gigaflops per watt voor de nummer twee (en 65,4 gigaflops per watt voor de vorige kampioen). Het JEDI-team schrijft hun extra succes toe aan de manier waarop ze hun chips samenstellen. Hun onderlinge verbinding was ook van Nvidia – Quantum-2 InfiniBand – in plaats van de HPE Slingshot die door de andere twee geavanceerde systemen werd gebruikt.

Het JEDI-team vermeldt ook de specifieke optimalisaties die ze hebben doorgevoerd om tegemoet te komen aan de Green500-benchmark. Naast het gebruik van de nieuwste Nvidia-apparatuur, houdt JEDI de energiekosten laag met zijn koelsysteem. In plaats van lucht of gekoeld water te gebruiken, circuleert JEDI warm water door zijn computerknooppunten om overtollige warmte af te voeren. “Onder normale weersomstandigheden kan overtollige warmte worden afgevoerd met vrije koelunits, zonder dat er extra koeling met koud water nodig is”, zegt Benedikt von St. Vieth, hoofd High Performance Computing bij Jülich.

JUPITER zal dezelfde architectuur gebruiken als zijn prototype, JEDI, en von St. Vieth zegt dat het zijn doel is om een ​​groot deel van de energie-efficiëntie van het prototype te behouden, hoewel naarmate de schaal groter wordt, er volgens hem meer energie kan worden verspild aan verbindingen.

Het allerbelangrijkste zijn natuurlijk de prestaties van deze systemen bij echte wetenschappelijke taken, en niet alleen bij de Green500-benchmark. “Het was heel spannend om te zien dat deze systemen online uitkwamen”, zegt Harris van Nvidia. “Maar wat nog belangrijker is, ik denk dat we heel enthousiast zijn om de wetenschap uit deze systemen te zien komen, omdat ik denk dat [the energy efficiency] het zal zelfs meer impact hebben op toepassingen dan op schaal.”